Meereiskonzentration

Hanni Lerner Dezember 24, 2016 M 7 0
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Meereiskonzentration ist eine nützliche Variable für Klimaforscher und nautischen Navigatoren. Es ist wie die Fläche des Meereises bezogen auf das Gesamt an einem bestimmten Punkt im Meer festgelegt. Dieser Artikel wird in erster Linie mit seiner Feststellung von Fernerkundungsmessungen umzugehen.

Bedeutung

Meereiskonzentration hilft festzustellen, eine Reihe von anderen wichtigen Klimavariablen. Da der Albedo von Eis ist viel höher als die von Wasser, werden Eiskonzentration Einstrahlung in den polaren Ozeane regulieren. Wenn mit Eisdicke kombiniert, bestimmt sie mehrere andere wichtige Flüsse zwischen Luft und Meer, wie Salz und Süßwasserflüsse zwischen den Polarmeeren sowie Wärmeübertragung zwischen der Atmosphäre. Karten der Meereiskonzentration kann zur Eisfläche und Eis soweit, die beide wichtige Marker des Klimawandels sind zu bestimmen.

Eiskonzentration Charts werden auch von Navigatoren verwendet werden, um festzustellen, potenziell passable Regionen sehen Eisbrecher.

Methoden

Vor Ort

Messungen durch Schiffe und Luftfahrzeuge werden auf einfach die Berechnung der relativen Oberfläche von Eis, Wasserverfügbarkeit in der Szene sichtbar basiert. Dies kann mit Hilfe von Fotos oder mit dem Auge durchgeführt werden. In situ-Messungen werden zur Fernerkundungsmessungen zu validieren.

SAR und sichtbaren

Sowohl Radar mit synthetischer Apertur und sichtbaren Sensoren sind in der Regel ausreichend hoher Auflösung, die jedes Pixel wird einfach als eine besondere Oberflächentyp klassifiziert, dh Wasser im Vergleich zu Eis. Die Konzentration kann dann durch Zählen der Anzahl von Eis Pixel in einem bestimmten Gebiet, die für die Validierung Konzentrationsschätzungen aus niedrigeren Auflösung Instrumente wie Mikrowellenradiometer ist bestimmt werden. Da SAR-Bilder sind in der Regel monochrom und die Rückstreuung von Eis variieren ganz erheblich ist Klassifizierung in der Regel auf Basis von Textur getan mit Gruppen von Pixeln zu sehen Mustererkennung.

Visible Sensoren haben den Nachteil, dass sehr empfindliche Wetter Bilder durch Wolken verdeckt, während SAR-Sensoren, vor allem in den höheren Auflösungen, haben eine begrenzte Reichweite und muss hingewiesen werden. Deshalb ist das Werkzeug der Wahl zur Bestimmung Eiskonzentration ist oft eine passive Mikrowellensensor.

Mikrowellenradiometrie

Alle warmen Körpern emittiert elektromagnetische Strahlung: siehe Wärmestrahlung. Da verschiedene Objekte unterschiedlich bei unterschiedlichen Frequenzen emittieren, können wir oft festzustellen, welche Art von Objekt sind wir auf der Grundlage seiner emittierten Strahlung der Suche siehe Spektroskopie. Dieses Prinzip liegt allen passiven Mikrowellensensoren und die meisten passiven Infrarot-Sensoren. Passiv in dem Sinne, dass der Sensor misst nur Strahlung, die von anderen Objekten emittiert wurde, aber nicht eine ihrer eigenen emittieren. SSMR und SSMI Radiometer wurden auf der Nimbus-Programm und DMSP Reihe von Satelliten geflogen.

Da Wolken sind im Mikrowellenbereich vor allem bei niedrigeren Frequenzen durchlässig, sind Mikrowellenradiometer ganz Wetter unempfindlich. Da die meisten Mikrowellenradiometer arbeiten entlang einer polaren Umlaufbahn mit einem breiten, geschwungenen Scan können volle Eis Karten von den Polarregionen, wo die Bahnen sind weitgehend überlappenden Regel innerhalb eines Tages erreicht werden. Diese Frequenz und Zuverlässigkeit auf Kosten einer schlechten Auflösung: Die Blickfeldwinkel einer Antenne ist direkt proportional zu der Wellenlänge und umgekehrt proportional zu der effektiven Öffnungsfläche. Wir brauchen also eine große Deflektorschüssel für eine niedrige Frequenz zu kompensieren.

Esten Eiskonzentration Algorithmen auf Basis Mikrowellenradiometrie auf der Beobachtung, dass die dual sagt: 1. verschiedene Oberflächentypen unterschiedliche, stark geclustert, Mikrowelle Signaturen und 2 die radiometrische Signatur am Kopfstück ist eine lineare Kombination der von den verschiedenen Oberflächentypen , wobei die Gewichte unter den Werten der relativen Konzentrationen. Wenn wir einen Vektorraum von jedem der Instrumentenkanäle, in denen alle bis auf eine der Signaturen der verschiedenen Oberflächentypen linear unabhängig sind, dann ist es einfach, um die relativen Konzentrationen zu lösen:

wo ist die radiometrische Signatur am Instrumentenkopf, ist die Signatur des Nominal Hintergrund Oberflächentyp, ist die Signatur des i-ten Oberflächentyp, während Ci sind die relativen Konzentrationen.

Jedes Betriebs Eiskonzentration Algorithmus basiert auf diesem Prinzip oder einer leichten Variation sagt. Die NASA-Team-Algorithmus, zum Beispiel, arbeitet, indem die Differenz von zwei Kanälen und Division durch ihre Summe. Dies macht die Wiedergewinnung leicht nichtlinear, aber mit dem Vorteil, dass der Einfluss der Temperatur abgeschwächt. Das ist, weil die Helligkeit Temperatur schwankt in etwa linear mit der physikalischen Temperatur, wenn alle anderen Faktoren gleich sind, siehe Emissionsgrad und weil das Meereis Emissionsgrad bei unterschiedlichen Mikrowellenkanäle ist stark korreliert. Wie die Gleichung vermuten lässt, können Konzentrationen von mehreren Eis-Typen möglicherweise festgestellt werden, mit der NASA-Team Unterscheidung des ersten Jahres und Mehrjahres Eis.

Genauigkeiten von Meereiskonzentration von passiven Mikrowellensensoren abgeleitet werden voraussichtlich in der Größenordnung von 5 \% sein werden. Eine Reihe von Faktoren wirken, um die Genauigkeit der Abfragen, die offensichtlichste ist Schwankungen in der von einem gegebenen Oberflächentyp erzeugte Mikrowellen Signaturen zu vermindern. Für Meereis, das Vorhandensein von Schnee, Variationen in der Salz- und Feuchtigkeitsgehalt, die Anwesenheit von Schmelztümpeln sowie Variationen in der Oberflächentemperatur werden alle produzieren starke Schwankungen in der Mikrowelle Signatur eines bestimmten Eis-Typ. Neue und dünnes Eis vor allem haben oft einen Mikrowellensignatur näher an dem offenen Wasser. Dies ist in der Regel wegen der hohen Salzgehalt, nicht wegen der Strahlung, die von dem Wasser durch das Eis zu sehen Meereis Emissionsmodellierung übertragen. Das Vorhandensein von Wellen und Oberflächenrauhigkeit wird die Signatur über offenes Wasser zu ändern. Ungünstige Wetterbedingungen, Wolken und Feuchtigkeit, insbesondere wird auch dazu neigen, um die Genauigkeit der Datenabfrage zu reduzieren.

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